Tổng cộng có 93 quốc gia có đại diện tại Thế vận hội Mùa hè 1964. 16 quốc gia lần đầu tiên tham dự Thế vận hội trong kỳ được tổ chức tại Tokyo: Algeria, Cameroon, Chad, Congo, Côte d'Ivoire (với tên Bờ Biển Ngà), Cộng hòa Dominican, Libya (song không thi đấu), Madagascar, Malaysia, Mali, Mông Cổ, Nepal, Niger, Bắc Rhodesia (giành độc lập hoàn toàn với tên Zambia trùng với ngày bế mạc), Senegal, và Tanzania (với tên Tanganyika). Các vận động viên đến từ Đông Đức và Tây Đức cùng thi đấu trong Đội tuyển Thống nhất Đức từ năm 1956 đến năm 1964. Do hỗ trợ Trung Quốc đại lục, Indonesia bị cấm chỉ tham gia kỳ thế vận hội này, do họ phản đối Đài Loan tham dự Đại hội Thể thao châu Á 1962 dưới tên "Trung Quốc".

•  Libya tham gia lễ khai mạc, song vận động viên duy nhất bỏ cuộc.[11]